JP2011141204A - Battery voltage detection circuit - Google Patents

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隆之 大橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery voltage detection circuit that can accurately detects a voltage of a battery at a time when the voltage is varied. <P>SOLUTION: This battery voltage detection includes a first capacitor 10, an operational amplifier 12 having a non-inverting input terminal (+) of which keeps a reference voltage VREF applied, a second capacitor 11 which is connected across the output terminal of the operational amplifier 12 and the inverting input terminal (-) thereof, and a switch circuit. After the switch circuit respectively applies voltages of both terminals of batteries BV1 to BV4 to one terminal and the other terminal of the first capacitor 10, the switch circuit connects one terminal of the first capacitor 10 to the inverting input terminal (-) of the operational amplifier 12, and then it applies the reference voltage VREF to the other terminal of the first capacitor 10. The voltages of both terminals of the batteries BV1 to BV4 are detected on the basis of the output voltage VOUT of the operational amplifier 12. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電池電圧検出回路に関する。   The present invention relates to a battery voltage detection circuit.

リチウムイオン電池等の充電式電池を用いる各種の機器や充電器においては、直列に接続された複数の電池の充電及び放電を管理するために、各電池の電圧を精度良く検出する必要がある。   In various devices and chargers using rechargeable batteries such as lithium ion batteries, it is necessary to accurately detect the voltage of each battery in order to manage charging and discharging of a plurality of batteries connected in series.

図5は、従来の電池電圧検出回路20の回路図である。電池電圧検出回路20は、直列接続された電池BV1〜BV4の各電圧を検出する回路であり、第1のキャパシタ10、第2のキャパシタ11、オペアンプ12、基準電圧VREFを発生する基準電圧源13、スイッチSW0〜SW5、スイッチSW0〜SW5のオンオフを制御するための制御信号を出力するスイッチ制御回路14を含んで構成される。この電池電圧検出回路20では、オペアンプ12の反転入力端子(−)に第1のキャパシタ10が接続されており直流電圧が印加されないため、オペアンプ12を高耐圧とする必要がないという利点がある。   FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional battery voltage detection circuit 20. The battery voltage detection circuit 20 is a circuit that detects each voltage of the batteries BV1 to BV4 connected in series, and includes a first capacitor 10, a second capacitor 11, an operational amplifier 12, and a reference voltage source 13 that generates a reference voltage VREF. The switch control circuit 14 outputs a control signal for controlling on / off of the switches SW0 to SW5 and the switches SW0 to SW5. The battery voltage detection circuit 20 has an advantage that the operational amplifier 12 does not need to have a high breakdown voltage because the first capacitor 10 is connected to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 12 and no DC voltage is applied.

電池電圧検出回路20の動作を図6のタイミング図に基づいて説明する。図6において、スイッチSW0〜SW5に印加される制御信号のHレベルはオン状態、Lレベルはオフ状態に対応している。先ず、初期状態(時刻t0)において、スイッチSW0〜SW4をオフ、スイッチSW5をオンとする。この時、オペアンプ12の出力端子と反転入力端子(−)はスイッチSW5により短絡されるため、オペアンプ12はゲインが1のアンプとなり、非反転入力端子(+)に印加されている基準電圧VREFが出力電圧VOUTとして出力される。   The operation of the battery voltage detection circuit 20 will be described based on the timing chart of FIG. In FIG. 6, the H level of the control signal applied to the switches SW0 to SW5 corresponds to the on state, and the L level corresponds to the off state. First, in the initial state (time t0), the switches SW0 to SW4 are turned off and the switch SW5 is turned on. At this time, since the output terminal and the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 12 are short-circuited by the switch SW5, the operational amplifier 12 becomes an amplifier having a gain of 1, and the reference voltage VREF applied to the non-inverting input terminal (+) is received. Output as the output voltage VOUT.

その後、時刻t1において、スイッチSW4がオンすると、第1のキャパシタ10の一方の端子に電池BV4のプラス端子の電圧V4が印加される。つまり、第1のキャパシタ10の両方の端子間に印加される電圧VC1は、VC1=V4−VREFとなる。この時、第1のキャパシタ10の容量値をC1とすると、第1のキャパシタ10には電荷QC1、QC1=(V4−VREF)・C1が蓄積される。また、この時、第2のキャパシタ11の両端子は同じ電圧VREFなので、第2のキャパシタ11の電荷QC2は0である。   Thereafter, when the switch SW4 is turned on at time t1, the voltage V4 of the positive terminal of the battery BV4 is applied to one terminal of the first capacitor 10. That is, the voltage VC1 applied between both terminals of the first capacitor 10 is VC1 = V4−VREF. At this time, assuming that the capacitance value of the first capacitor 10 is C1, charges QC1 and QC1 = (V4−VREF) · C1 are accumulated in the first capacitor 10. At this time, since both terminals of the second capacitor 11 have the same voltage VREF, the charge QC2 of the second capacitor 11 is zero.

その後、時刻t2において、スイッチSW4、SW5をオフする。そして、時刻t3において、スイッチSW3をオンすると、第1のキャパシタ10の一方の端子の電圧は、V4から電池BV4のマイナス端子の電圧V3に低下する。これにより、オペアンプ12の出力端子から、第2のキャパシタ11、第1のキャパシタ10、スイッチSW3を通って電流が流れる。この場合、第1のキャパシタ10に蓄積される電荷QC1は、QC1=(V3−VREF)・C1となる。また、前記電流により、第2のキャパシタ11に蓄積される電荷QC2は、QC2=(VOUT−VREF)・C2となる。   Thereafter, at time t2, the switches SW4 and SW5 are turned off. At time t3, when the switch SW3 is turned on, the voltage at one terminal of the first capacitor 10 drops from V4 to the voltage V3 at the negative terminal of the battery BV4. Thereby, a current flows from the output terminal of the operational amplifier 12 through the second capacitor 11, the first capacitor 10, and the switch SW3. In this case, the charge QC1 stored in the first capacitor 10 is QC1 = (V3−VREF) · C1. Further, the electric charge QC2 accumulated in the second capacitor 11 by the current becomes QC2 = (VOUT−VREF) · C2.

スイッチSW3をオンする前後の状態で、第1のキャパシタ10の電荷QC1と第2のキャパシタ11の電荷QC2の和であるQC1+QC2は、電荷保存則により保存される。したがって、次の方程式が成り立つ。
(V4−VREF)・C1=(V3−VREF)・C1+(VOUT−VREF)・C2
この方程式をVOUTについて解くと、VOUT=(V4−V3)・C1/C2+VREFである。(V4−V3)は電池BV4の両端子間の電圧である。また、第2のキャパシタ11の両端子に印加される電圧VC2は、VC2=(V4−V3)・C1/C2となる。
Before and after the switch SW3 is turned on, QC1 + QC2 which is the sum of the charge QC1 of the first capacitor 10 and the charge QC2 of the second capacitor 11 is stored according to the charge conservation law. Therefore, the following equation holds.
(V4-VREF) * C1 = (V3-VREF) * C1 + (VOUT-VREF) * C2
Solving this equation for VOUT, VOUT = (V4−V3) · C1 / C2 + VREF. (V4-V3) is a voltage between both terminals of the battery BV4. The voltage VC2 applied to both terminals of the second capacitor 11 is VC2 = (V4−V3) · C1 / C2.

次に、時刻t4において、スイッチSW5をオンする。オペアンプ12の出力端子と反転入力端子(−)はスイッチSW5を介して再び短絡されるので、オペアンプ12の出力電圧VOUTは、VOUT=VREFとなる。以下は、同様の手順を繰り返すことにより、順次電池BV3、BV2、BV1の電圧を検出することができる。   Next, at time t4, the switch SW5 is turned on. Since the output terminal and the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 12 are short-circuited again via the switch SW5, the output voltage VOUT of the operational amplifier 12 is VOUT = VREF. In the following, the voltages of the batteries BV3, BV2, and BV1 can be sequentially detected by repeating the same procedure.

特開2008−145180号公報JP 2008-145180 A

ところで、上述の電池BV1〜BV4に接続された機器に大電流が流れた時などに、各電池の電圧が変動することがある。この場合、従来の電池電圧検出回路20は、異なる2つの時点で第1のキャパシタ10にチャージした電圧VC1の差を検出しているため、電池の電圧が変動した場合には正確な電圧を検出できないという問題点があった。   By the way, the voltage of each battery may fluctuate when a large current flows through the devices connected to the batteries BV1 to BV4 described above. In this case, the conventional battery voltage detection circuit 20 detects the difference between the voltages VC1 charged in the first capacitor 10 at two different points in time, and therefore detects an accurate voltage when the battery voltage fluctuates. There was a problem that it was not possible.

この問題点を電池BV4の両端子間の電圧(V4−V3)を検出する場合を例として、図7のタイミング図に基づいて説明する。図7において、スイッチSW3〜SW5に印加される制御信号のHレベルはオン状態、Lレベルはオフ状態に対応している。先ず、図7(a)はV4、V3に変動がない場合を示している。(V4=V4a、V3=V3a)この場合は、オペアンプ12の出力電圧VOUTは、VOUT=(V4a−V3a)・C1/C2+VREFとなる。   This problem will be described with reference to the timing chart of FIG. 7 by taking as an example the case of detecting the voltage (V4-V3) between both terminals of the battery BV4. In FIG. 7, the H level of the control signal applied to the switches SW3 to SW5 corresponds to the on state, and the L level corresponds to the off state. First, FIG. 7A shows a case where there is no change in V4 and V3. (V4 = V4a, V3 = V3a) In this case, the output voltage VOUT of the operational amplifier 12 is VOUT = (V4a−V3a) · C1 / C2 + VREF.

図7(b)は、時刻t3とt4の間に、V4がV4aからV4bに、V3がV3aからV3bに降下した場合を示している。この場合、スイッチSW4がオンしている期間に電圧V4aが第1のキャパシタ10がチャージされ、その後、スイッチSW4がオフし、スイッチSW3がオンになった時点では、V4=V4a、V3=V3aであり、出力電圧VOUTは、VOUT=(V4a−V3a)・C1/C2+VREFという正常な電圧である。しかし、その後のスイッチSW3がオンしている期間に、V4がV4bに、V3がV3bに降下した場合には、オペアンプ12は、V4aとV3bの差、(V4a−V3b)に応じた出力電圧VOUT、VOUT=(V4a−V3b)・C1/C2+VREFを出力することになる。これは、(V4a−V3a)や、本来出力されるべき(V4b−V3b)に応じた電圧より大きい電圧である。   FIG. 7B shows a case where V4 drops from V4a to V4b and V3 drops from V3a to V3b between times t3 and t4. In this case, when the switch SW4 is on, the voltage V4a is charged to the first capacitor 10, and then, when the switch SW4 is turned off and the switch SW3 is turned on, V4 = V4a and V3 = V3a. The output voltage VOUT is a normal voltage of VOUT = (V4a−V3a) · C1 / C2 + VREF. However, when V4 drops to V4b and V3 drops to V3b during the period when the switch SW3 is on, the operational amplifier 12 outputs the output voltage VOUT corresponding to the difference between V4a and V3b, (V4a−V3b). , VOUT = (V4a−V3b) · C1 / C2 + VREF. This is a voltage larger than the voltage corresponding to (V4a-V3a) or (V4b-V3b) which should be output originally.

図7(c)は、時刻t3とt4の間に、V4がV4aからV4bに、V3がV3aからV3bに上昇した場合を示している。この場合は、図7(c)の場合とは逆に、出力電圧VOUTは、(V4a−V3a)や(V4b−V3b)に応じた電圧より小さい電圧となってしまう。   FIG. 7C shows a case where V4 rises from V4a to V4b and V3 rises from V3a to V3b between times t3 and t4. In this case, contrary to the case of FIG. 7C, the output voltage VOUT becomes a voltage smaller than the voltage corresponding to (V4a-V3a) or (V4b-V3b).

また、前述のように、電池電圧検出回路20では、スイッチSW4がオンすると、第1のキャパシタ10の両端に印加される電圧VC1は、VC1=V4−VREFとなる。リチウムイオン電池の場合、1つの電池BV1〜BV4の電圧は4.5V近く、例えば約4.2Vであるが、これらが直列接続されると、V4=約16.8Vとなる。VREFは通常1V程度に設定されるので、VC1=約15.8Vという高電圧となる。このため、第1のキャパシタ10は高耐圧である必要があるという問題があった。   Further, as described above, in the battery voltage detection circuit 20, when the switch SW4 is turned on, the voltage VC1 applied across the first capacitor 10 is VC1 = V4−VREF. In the case of a lithium ion battery, the voltage of one battery BV1 to BV4 is close to 4.5V, for example, about 4.2V, but when these are connected in series, V4 = about 16.8V. Since VREF is normally set to about 1V, VC1 = 1V becomes a high voltage of about 15.8V. Therefore, there is a problem that the first capacitor 10 needs to have a high breakdown voltage.

そこで、本発明は、電池の電圧が変動した場合においても、その時点における正確な電圧を検出すること、及び、第1のキャパシタの高耐圧化を不要にすることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to detect an accurate voltage at that time even when the voltage of the battery fluctuates, and to eliminate the need to increase the breakdown voltage of the first capacitor.

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、第1のキャパシタと、第1の入力端子に基準電圧が印加されたオペアンプと、前記オペアンプの出力端子と前記オペアンプの第2の入力端子の間に接続された第2のキャパシタと、電池の両端子の電圧をそれぞれ前記第1のキャパシタの一方の端子及び他方の端子に同時に印加した後に、前記第1のキャパシタの一方の端子を前記オペアンプの第2の入力端子に接続し、その後、前記第1のキャパシタの他方の端子に前記基準電圧を印加するスイッチ回路と、を備え、前記オペアンプの出力電圧に基づいて前記電池の両端子の電圧を検出することを特徴とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and includes a first capacitor, an operational amplifier in which a reference voltage is applied to a first input terminal, an output terminal of the operational amplifier, and a second input of the operational amplifier. A voltage of both terminals of the second capacitor connected between the terminals and the battery is simultaneously applied to one terminal and the other terminal of the first capacitor, and then one terminal of the first capacitor is A switch circuit connected to the second input terminal of the operational amplifier and then applying the reference voltage to the other terminal of the first capacitor, and both terminals of the battery based on the output voltage of the operational amplifier The voltage is detected.

本発明の電池電圧検出回路によれば、電池の両端子の電圧を第1のキャパシタに同時に印加するようにしたので、電池の電圧が変動した場合においても、その時点における正確な電圧を検出することができる。また、複数の電池を直列に接続した場合においても、第1のキャパシタの両端子に印加される電圧は各電池の電圧なので、第1のキャパシタを高耐圧にする必要がなくなる。   According to the battery voltage detection circuit of the present invention, since the voltage at both terminals of the battery is applied to the first capacitor at the same time, even when the voltage of the battery fluctuates, an accurate voltage at that time is detected. be able to. Further, even when a plurality of batteries are connected in series, the voltage applied to both terminals of the first capacitor is the voltage of each battery, so that it is not necessary to make the first capacitor have a high breakdown voltage.

本発明の実施形態による電池電圧検出回路の回路図である。It is a circuit diagram of a battery voltage detection circuit according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による電池電圧検出回路の動作を説明するタイミング図である。FIG. 5 is a timing diagram illustrating an operation of the battery voltage detection circuit according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による電池電圧検出回路の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the battery voltage detection circuit by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による電池電圧検出回路の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the battery voltage detection circuit by embodiment of this invention. 従来の電池電圧検出回路の回路図である。It is a circuit diagram of the conventional battery voltage detection circuit. 従来の電池電圧検出回路の動作を説明するタイミング図である。It is a timing diagram explaining operation | movement of the conventional battery voltage detection circuit. 従来の電池電圧検出回路の問題点を説明するタイミング図である。It is a timing diagram explaining the problem of the conventional battery voltage detection circuit.

次に、本発明の実施形態の電池電圧検出回路100を図面に基づいて説明する。図1は、電池電圧検出回路100の回路図である。電池電圧検出回路100は、直列接続された電池BV1〜BV4の各電圧を検出する回路であり、第1のキャパシタ10、第2のキャパシタ11、オペアンプ12、基準電圧VREFを発生する基準電圧源13、スイッチSW0〜SW7、スイッチSW0〜SW7のオンオフを制御するための制御信号を出力するスイッチ制御回路15を含んで構成される集積回路である。   Next, a battery voltage detection circuit 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of the battery voltage detection circuit 100. The battery voltage detection circuit 100 is a circuit that detects each voltage of the batteries BV1 to BV4 connected in series, and includes a first capacitor 10, a second capacitor 11, an operational amplifier 12, and a reference voltage source 13 that generates a reference voltage VREF. , An integrated circuit including a switch control circuit 15 that outputs a control signal for controlling on / off of the switches SW0 to SW7 and the switches SW0 to SW7.

オペアンプ12は、非反転入力端子(+)に基準電圧源13から出力される基準電圧VREFが印加される。基準電圧源13は、例えば、バンドギャップ型の基準電圧源であり、その場合、基準電圧VREFは約1Vである。オペアンプ12の出力端子と反転入力端子(−)との間には、第2のキャパシタ11の一方と他方の端子がそれぞれ接続されている。オペアンプ12の出力電圧VOUTは、ADコンバータ16に入力され、デジタルデータに変換される。ADコンバータ16は、電池電圧検出回路100の集積回路に内蔵されてもよい。   In the operational amplifier 12, the reference voltage VREF output from the reference voltage source 13 is applied to the non-inverting input terminal (+). The reference voltage source 13 is, for example, a band gap type reference voltage source. In this case, the reference voltage VREF is about 1V. Between the output terminal of the operational amplifier 12 and the inverting input terminal (−), one and the other terminals of the second capacitor 11 are respectively connected. The output voltage VOUT of the operational amplifier 12 is input to the AD converter 16 and converted into digital data. The AD converter 16 may be built in the integrated circuit of the battery voltage detection circuit 100.

スイッチSW4は、一端が第1のキャパシタ10の一方の端子と接続され、他端が端子P4を介して電池BV4のプラス端子(電圧V4)と接続されている。スイッチSW3nは、一端が第1のキャパシタ10の他方の端子と接続され、他端が端子P3を介して電池BV4のマイナス端子及び電池BV3のプラス端子(電圧V3)と接続されている。つまり、スイッチSW4/SW3nが同時にオンすると、電池BV4の両端子の電圧V4、V3がそれぞれ第1のキャパシタ10の両端子に同時に印加されるようになっている。   The switch SW4 has one end connected to one terminal of the first capacitor 10 and the other end connected to the plus terminal (voltage V4) of the battery BV4 via the terminal P4. The switch SW3n has one end connected to the other terminal of the first capacitor 10, and the other end connected to the negative terminal of the battery BV4 and the positive terminal (voltage V3) of the battery BV3 via the terminal P3. That is, when the switches SW4 / SW3n are simultaneously turned on, the voltages V4 and V3 at both terminals of the battery BV4 are simultaneously applied to both terminals of the first capacitor 10, respectively.

同様に、スイッチSW3pは、一端が第1のキャパシタ10の一方の端子と接続され、他端が端子P3を介して電池BV4のマイナス端子及び電池BV3のプラス端子(電圧V3)と接続されている。スイッチSW2nは、一端が第1のキャパシタ10の他方の端子と接続され、他端が端子P2を介して電池BV3のマイナス端子及び電池BV2のプラス端子(電圧V2)と接続されている。つまり、スイッチSW3p/SW2nが同時にオンすると、電池BV3の両端子の電圧V3、V2がそれぞれ第1のキャパシタ10の両端子に同時に印加されるようになっている。   Similarly, one end of the switch SW3p is connected to one terminal of the first capacitor 10, and the other end is connected to the negative terminal of the battery BV4 and the positive terminal (voltage V3) of the battery BV3 via the terminal P3. . The switch SW2n has one end connected to the other terminal of the first capacitor 10, and the other end connected to the negative terminal of the battery BV3 and the positive terminal (voltage V2) of the battery BV2 via the terminal P2. That is, when the switches SW3p / SW2n are turned on at the same time, the voltages V3 and V2 at both terminals of the battery BV3 are simultaneously applied to both terminals of the first capacitor 10, respectively.

同様に、スイッチSW2pは、一端が第1のキャパシタ10の一方の端子と接続され、他端が端子P2を介して電池BV3のマイナス端子及び電池BV2のプラス端子(電圧V2)と接続されている。スイッチSW1nは、一端が第1のキャパシタ10の他方の端子と接続され、他端が端子P1を介して電池BV2のマイナス端子及び電池BV1のプラス端子(電圧V1)と接続されている。つまり、スイッチSW2p/SW1nが同時にオンすると、電池BV2の両端子の電圧V2、V1がそれぞれ第1のキャパシタ10の両端子に同時に印加されるようになっている。   Similarly, one end of the switch SW2p is connected to one terminal of the first capacitor 10, and the other end is connected to the negative terminal of the battery BV3 and the positive terminal (voltage V2) of the battery BV2 via the terminal P2. . The switch SW1n has one end connected to the other terminal of the first capacitor 10, and the other end connected to the negative terminal of the battery BV2 and the positive terminal (voltage V1) of the battery BV1 via the terminal P1. That is, when the switches SW2p / SW1n are simultaneously turned on, the voltages V2 and V1 at both terminals of the battery BV2 are simultaneously applied to both terminals of the first capacitor 10, respectively.

同様に、スイッチSW1pは、一端が第1のキャパシタ10の一方の端子と接続され、他端が端子P1を介して電池BV2のマイナス端子及び電池BV1のプラス端子(電圧V1)と接続されている。スイッチSW0は、一端が第1のキャパシタ10の他方の端子と接続され、他端が端子P0を介して電池BV1のマイナス端子(電圧V0)と接続されている。つまり、スイッチSW1p/SW0が同時にオンすると、電池BV1の両端子の電圧V1、V0がそれぞれ第1のキャパシタ10の両端子に同時に印加されるようになっている。   Similarly, one end of the switch SW1p is connected to one terminal of the first capacitor 10, and the other end is connected to the negative terminal of the battery BV2 and the positive terminal (voltage V1) of the battery BV1 via the terminal P1. . The switch SW0 has one end connected to the other terminal of the first capacitor 10 and the other end connected to the negative terminal (voltage V0) of the battery BV1 via the terminal P0. That is, when the switches SW1p / SW0 are simultaneously turned on, the voltages V1 and V0 of both terminals of the battery BV1 are applied to both terminals of the first capacitor 10 at the same time.

スイッチSW6は一端が第1のキャパシタ10の他方の端子と接続され、他端がオペアンプ12の反転入力端子(−)と接続されている。スイッチSW7は一端が第1のキャパシタ10の一方の端子と接続され、他端がオペアンプ12の非反転入力端子(+)と接続されている。スイッチSW5は、オペアンプ12の出力端子と反転入力端子(−)の間に帰還キャパシタとして接続されている。   The switch SW6 has one end connected to the other terminal of the first capacitor 10 and the other end connected to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 12. The switch SW7 has one end connected to one terminal of the first capacitor 10 and the other end connected to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 12. The switch SW5 is connected as a feedback capacitor between the output terminal of the operational amplifier 12 and the inverting input terminal (−).

スイッチ制御回路15は、マイコンから入力される信号に基づいて、スイッチSW0〜SW7のオンオフを制御することができる。また、スイッチ制御回路15と同等の機能をソフトウェアにより実現することも可能である。   The switch control circuit 15 can control on / off of the switches SW0 to SW7 based on a signal input from the microcomputer. It is also possible to realize a function equivalent to that of the switch control circuit 15 by software.

次に、電池電圧検出回路100の動作を図2、図3、図4に基づいて説明する。図2は、電池電圧検出回路100のタイミング図である。スイッチSW0〜SW7に印加される制御信号のHレベルはオン状態、Lレベルはオフ状態に対応している。また、図3及び図4は、電池BV4の両端子間の電圧(V4−V3)を検出する動作を説明する回路図である。   Next, the operation of the battery voltage detection circuit 100 will be described based on FIG. 2, FIG. 3, and FIG. FIG. 2 is a timing diagram of the battery voltage detection circuit 100. The H level of the control signal applied to the switches SW0 to SW7 corresponds to the on state, and the L level corresponds to the off state. 3 and 4 are circuit diagrams illustrating an operation for detecting a voltage (V4-V3) between both terminals of the battery BV4.

先ず、電池BV4の両端子間の電圧(V4−V3)を検出する場合の動作を説明する。先ず、初期状態(時刻t0)において、スイッチSW5をオンし、それ以外のスイッチSW6、SW7、SW4/SW3n、SW3p/SW2n、SW2p/SW1n、SW1p/SW0はオフとする。この時、オペアンプ12の出力端子と反転入力端子(−)はスイッチSW5により短絡されるため、オペアンプ12はゲインが1のアンプとなり、非反転入力端子(+)に印加されている基準電圧VREFが出力電圧VOUTとして出力される。(図3(a)参照)   First, the operation when the voltage (V4-V3) between both terminals of the battery BV4 is detected will be described. First, in the initial state (time t0), the switch SW5 is turned on, and the other switches SW6, SW7, SW4 / SW3n, SW3p / SW2n, SW2p / SW1n, and SW1p / SW0 are turned off. At this time, since the output terminal and the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 12 are short-circuited by the switch SW5, the operational amplifier 12 becomes an amplifier having a gain of 1, and the reference voltage VREF applied to the non-inverting input terminal (+) is received. Output as the output voltage VOUT. (See Fig. 3 (a))

その後、時刻t1において、スイッチSW4/SW3nが同時にオンすると、第1のキャパシタ10の一方の端子に電圧V4が印加され、他方の端子に電圧V3が同時に印加される。この時、両方の端子間に印加される電圧VC1は、(V4−V3)である。また、第1のキャパシタ10の容量値をC1とすると、第1のキャパシタ10には電荷QC1、QC1=(V4−V3)・C1が蓄積される。一方、第2のキャパシタ11の両方の端子間に印加される電圧VC2は0Vであり、第2のキャパシタ11に蓄積される電荷QC2は0である。(図3(b)参照)   Thereafter, when the switches SW4 / SW3n are simultaneously turned on at time t1, the voltage V4 is applied to one terminal of the first capacitor 10, and the voltage V3 is simultaneously applied to the other terminal. At this time, the voltage VC1 applied between both terminals is (V4-V3). Further, assuming that the capacitance value of the first capacitor 10 is C1, charges QC1 and QC1 = (V4−V3) · C1 are stored in the first capacitor 10. On the other hand, the voltage VC2 applied between both terminals of the second capacitor 11 is 0V, and the charge QC2 stored in the second capacitor 11 is 0. (See Fig. 3 (b))

その後、時刻t2において、スイッチSW4/SW3n、SW5をオフする。これにより、第1のキャパシタ10は、電気的に切り離されて浮遊状態となるが、その両端子の電圧はそれぞれV4、V3のままであり、電荷QC1、QC2も不変である。(図3(c)参照)   Thereafter, at time t2, the switches SW4 / SW3n and SW5 are turned off. As a result, the first capacitor 10 is electrically disconnected and enters a floating state, but the voltages at both terminals thereof remain at V4 and V3, respectively, and the charges QC1 and QC2 remain unchanged. (See Fig. 3 (c))

そして、時刻t3において、スイッチSW6をオンする。これにより、第1のキャパシタ10の他方の端子は、オペアンプ12の反転入力端子(−)に接続される。この時、反転入力端子(−)の電圧は、イマジナリーショートによりVREFになっているので、第1のキャパシタ10の他方の端子の電圧もV3からVREFに変化する。これに伴い、第1のキャパシタ10の他方の端子の電圧は、(V3−VREF)だけ変化するので、(V4−V3)+VREFとなる。電荷QC1、QC2は不変である。(図4(a)参照)   At time t3, the switch SW6 is turned on. As a result, the other terminal of the first capacitor 10 is connected to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 12. At this time, since the voltage of the inverting input terminal (−) becomes VREF due to an imaginary short, the voltage of the other terminal of the first capacitor 10 also changes from V3 to VREF. Along with this, the voltage at the other terminal of the first capacitor 10 changes by (V3−VREF), and thus becomes (V4−V3) + VREF. The charges QC1 and QC2 are unchanged. (See Fig. 4 (a))

その後、時刻t4において、スイッチSW7をオンする。すると、オペアンプ12の出力端子から、第2のキャパシタ11、スイッチSW6、第1のキャパシタ10、スイッチSW7を通って基準電圧源13に電流が流れる。この場合、第1のキャパシタ10の両端子の電圧はVREFになるので、電荷QC1は0となる。また、前記電流により、第2のキャパシタ11に蓄積される電荷QC2は、QC2=(VOUT−VREF)・C2となる。C2は、第2のキャパシタ11の容量値である。(図4(b)参照)   Thereafter, at time t4, the switch SW7 is turned on. Then, a current flows from the output terminal of the operational amplifier 12 to the reference voltage source 13 through the second capacitor 11, the switch SW6, the first capacitor 10, and the switch SW7. In this case, since the voltage at both terminals of the first capacitor 10 is VREF, the charge QC1 is zero. Further, the electric charge QC2 accumulated in the second capacitor 11 by the current becomes QC2 = (VOUT−VREF) · C2. C2 is a capacitance value of the second capacitor 11. (See Fig. 4 (b))

スイッチSW7をオンする前後の状態で、第1のキャパシタ10の電荷QC1と第2のキャパシタ11の電荷QC2の和であるQC1+QC2は、電荷保存則により保存される。したがって、次の方程式が成り立つ。   Before and after the switch SW7 is turned on, QC1 + QC2 which is the sum of the charge QC1 of the first capacitor 10 and the charge QC2 of the second capacitor 11 is stored according to the charge conservation law. Therefore, the following equation holds.

(V4−V3)・C1=(VOUT−VREF)・C2
この方程式をVOUTについて解くと、VOUT=(V4−V3)・C1/C2+VREFである。即ち、出力電圧VOUTとしては、従来の回路と同じ結果が得られる。
(V4-V3) .C1 = (VOUT-VREF) .C2
Solving this equation for VOUT, VOUT = (V4−V3) · C1 / C2 + VREF. That is, the same result as that of the conventional circuit is obtained as the output voltage VOUT.

その後、時刻t5において、スイッチSW6、SW7をオフし、スイッチSW5をオンすることにより、再び、初期状態に戻す。これにより、オペアンプ12の出力電圧VOUTは再びVREFに戻る。その後は、同様の手順を繰り返すことにより、順次電池BV3からBV1の電圧を検出することができる。   After that, at time t5, the switches SW6 and SW7 are turned off and the switch SW5 is turned on to return to the initial state again. As a result, the output voltage VOUT of the operational amplifier 12 returns to VREF again. Thereafter, by repeating the same procedure, the voltages of the batteries BV3 to BV1 can be sequentially detected.

上述した電池電圧検出回路100によれば、電池BV1〜BV4の両端子の電圧を順次第1のキャパシタ10に同時に印加するようにしたので、電池BV1〜BV4の電圧が変動した場合においても、その時点における正確な電圧を検出することができる。また、第1のキャパシタ10の両端子に印加される電圧は各電池の電圧なので、第1のキャパシタ10を高耐圧にする必要がなくなる。   According to the battery voltage detection circuit 100 described above, since the voltages of both terminals of the batteries BV1 to BV4 are sequentially applied to the first capacitor 10 at the same time, even when the voltages of the batteries BV1 to BV4 fluctuate, An accurate voltage at the time can be detected. Further, since the voltage applied to both terminals of the first capacitor 10 is the voltage of each battery, it is not necessary to make the first capacitor 10 have a high breakdown voltage.

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で変更が可能なことは言うまでもない。例えば、直列接続される電池BV1〜BV4の数は変更することができる。その場合、電池の数に応じて、スイッチの数を変更する。   Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the number of batteries BV1 to BV4 connected in series can be changed. In that case, the number of switches is changed according to the number of batteries.

また、電池の数は1個のみ、例えば電池BV4のみあっても本発明を適用することが可能である。その場合は、スイッチとしては、スイッチSW4/SW3n、SW5、SW6、SW7があれば良い。   Further, the present invention can be applied even if the number of batteries is only one, for example, only the battery BV4. In that case, the switches SW4 / SW3n, SW5, SW6, and SW7 may be used as the switches.

また、各電池に対応して、オペアンプ12、スイッチSW5〜SW7を設けることにより、各電池の電圧を同時に検出することも可能である。   Further, by providing the operational amplifier 12 and the switches SW5 to SW7 corresponding to each battery, it is also possible to detect the voltage of each battery at the same time.

さらに、スイッチ制御回路15により、所望の電池を選択して、選択した電池の電圧を
により、各電池の電圧を同時に検出することも可能である。
Furthermore, the switch control circuit 15 can select a desired battery, and simultaneously detect the voltage of each battery based on the voltage of the selected battery.

さらに、スイッチ制御回路15により、電池BV1〜BV4の中から、1つの電池を選択して、その選択された電池の電圧を検出することも可能である。   Further, the switch control circuit 15 can select one battery from the batteries BV1 to BV4 and detect the voltage of the selected battery.

10 第1のキャパシタ
11 第2のキャパシタ
12 オペアンプ
13 基準電圧源
15 スイッチ制御回路
16 ADコンバータ
10 first capacitor 11 second capacitor 12 operational amplifier 13 reference voltage source 15 switch control circuit 16 AD converter

Claims (5)

第1のキャパシタと、
第1の入力端子に基準電圧が印加されたオペアンプと、
前記オペアンプの出力端子と前記オペアンプの第2の入力端子の間に接続された第2のキャパシタと、
電池の両端の電圧をそれぞれ前記第1のキャパシタの一方の端子及び他方の端子に同時に印加した後に、前記第1のキャパシタの一方の端子を前記オペアンプの第2の入力端子に接続し、その後、前記第1のキャパシタの他方の端子に前記基準電圧を印加するスイッチ回路と、を備え、前記オペアンプの出力電圧に基づいて前記電池の両端の電圧を検出することを特徴とする電池電圧検出回路。
A first capacitor;
An operational amplifier having a reference voltage applied to the first input terminal;
A second capacitor connected between an output terminal of the operational amplifier and a second input terminal of the operational amplifier;
After simultaneously applying the voltage across the battery to one terminal and the other terminal of the first capacitor, respectively, one terminal of the first capacitor is connected to the second input terminal of the operational amplifier; And a switch circuit that applies the reference voltage to the other terminal of the first capacitor, and detects a voltage across the battery based on an output voltage of the operational amplifier.
前記スイッチ回路は、直列接続された複数の電池を1つずつ選択し、選択された電池の両端の電圧をそれぞれ前記第1のキャパシタの一方の端子及び他方の端子に同時に印加することを特徴とする請求項1に記載の電池電圧検出回路。   The switch circuit selects a plurality of batteries connected in series one by one, and applies voltages across the selected batteries to one terminal and the other terminal of the first capacitor, respectively. The battery voltage detection circuit according to claim 1. 前記スイッチ回路は、直列接続された複数の電池の中から1つの電池を選択し、選択された電池の両端の電圧をそれぞれ前記第1のキャパシタの一方の端子及び他方の端子に同時に印加することを特徴とする請求項1に記載の電池電圧検出回路。   The switch circuit selects one battery from a plurality of batteries connected in series, and simultaneously applies a voltage across the selected battery to one terminal and the other terminal of the first capacitor, respectively. The battery voltage detection circuit according to claim 1. 前記第2のキャパシタの容量値は、前記第1のキャパシタの容量値より大きいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電池電圧検出回路。   4. The battery voltage detection circuit according to claim 1, wherein a capacitance value of the second capacitor is larger than a capacitance value of the first capacitor. 5. 前記オペアンプの出力電圧をデジタルデータに変換するADコンバータを備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の電池電圧検出回路。   The battery voltage detection circuit according to claim 1, further comprising an AD converter that converts an output voltage of the operational amplifier into digital data.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016111905A (en) * 2014-02-28 2016-06-20 株式会社リコー Method of controlling switch circuit, storage status adjusting circuit, storage status adjusting device and storage battery pack

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